Alaşımlı çelik

Alaşımlı çelik, mekanik özelliklerini geliştirmek için ağırlıkça % 1.0 ila % 50 arasında toplam miktarlarda çeşitli elementlerle alaşımlanan çeliktir.

Çelik, demir, karbon, az miktarda fosfor, silikon, sülfür ve % 1.5'u geçmeyecek oranda manganez içerir. Bu tip çeliklere "sade karbonlu çelikler" denilir. "Alaşım çelikler" ise % 1'den az karbon içeren çelikler olup, çeliğin özelliklerini değiştirmek için diğer metallerden yeterli miktarlarda çeliğe ilave edilir. En önemli alaşım elementleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

Alaşım elementleri
Alüminyum ; alaşımlı çeliklerde % 1'e kadar alüminyum ilavesi alaşıma sertlik verir. Nitrürleme işlemi ile dış kısımlarda aşınmaya dayanım kazandırılır.
Krom ; küçük miktarlardaki krom, sert karpitlerin oluşumunu dengeler ve çeliklerin ısıl işlem hassasiyetini geliştirir. Alaşımlara krom katkısı ile tane oluşumu artmaktadır. Büyük miktarlarda krom ilavesi ısı ve korozyon direncini geliştirir.
Kobalt ; çeliğin ısıl-işlem dönüşümünün yavaşlamasına neden olurken, takım çeliklerinin yumuşatma olmaksızın yüksek sıcaklıklarda çalışabilme kabiliyetini geliştirir. Kobalt süper hava çelikleri için çok önemli bir alaşım elementidir.
Bakır ; alaşıma % 0.5'e kadar bakır ilavesi, alaşım çeliklerinin korozyon direncini geliştirmektedir.
Kurşun ; alaşıma % 0.2'e kadar kurşun ilavesi, çeliğin işlenebilme kabiliyetini artırırken, dayanımını azaltmaktadır.
Manganez ; çelik içinde manganez daima bulunur. Manganez ergitme işleminden sonra arta kalan sülfürle birleşerek demir sülfür oluşturur ve çeliğin sünekliğini arttırır.
Molibden ; çelik alaşımlarında, yüksek sıcaklıklarda sünme dayanımını yükseltir, karpiti dengeler, kesici takımların kızıl derece sertliğini geliştirir. Nikel-Krom çeliklerinde temper kırılganlığını azaltır.
Nikel ; tane ıslahı yaparak dayanımı artırır. Korozyon direncini geliştirir. Olumsuz tarafı, yapı içindeki karpitlerin dengesini olumsuz etkiler.
Fosfor ; ergitme işleminin bir artık elementedir. Çelikte zayıflığa neden olur ve genelde miktarının %0.05'in altında olması için büyük önem gösterilir. Bununla beraber alaşımın işleme özelliğini geliştirir.
Silisyum ; % 0.3'e kadar silikon fosforla birlikte alaşımın mekanik özelliklerini düşürmeden akıcılığını artırır. Alaşıma % 1'e kadar silikon ilavesi çeliklerin ısı direncini geliştirir.
Kükürt ; ergitme işleminin bir artık elementedir. Çeliğin dayanım ve tokluğunu azalttığından, giderilmesi için her türlü çaba gösterilir. Alaşımın işlenebilirliklerini geliştirmek için bir miktar kükürt ilave edilir.
Tungsten ; alaşım çeliklerinin çok sert karbit oluşturmalarına yardımcı olurken, ısıl işlemlerin dönüşümünde ise gecikmeye neden olmaktadır. Bu durum çeliklerin yüksek sıcaklıklarda sertliklerini korumalarına imkân sağlar.
Titanyum: En sağlıklı çelik alaşımlarından biridir.
Vanadyum ; alaşım çelikleri içindeki bu elementin alaşımının özelliklerine çok ve çeşitli etkileri vardır. Bunlar;
Karpit oluşumuna yardımcı olur.
Martenziti dengeli hale getirerek, malzemenin sertleştirilme özelliğini geliştirir.
Tane oluşumunu azaltır.
Takım ve kalıp çeliklerin kızıl sertlik derecesine erişmelerine imkân verir.
Çeliklerin yorulma dayanımlarını geliştirir.

Alaşım elementlerinin etkileri
Alaşım elementlerinin çeliklere iki önemli etkisi vardır; bunlar:
Alaşım elementleri esas metalle katı bir çözelti oluşturabilirler ve bu çözelti genelde tok fakat sünektir.
Ana metalle (birbirleri ile) bileşim oluştururlar, bileşim kırılganlığı, sertliği iyileştirir.

Alaşımlı çeliklerde kullanılan elementlerin çoğu birbirinin yerine geçecek katı çözeltiler oluştururlar. Yani kafes hücresindeki bir veya daha fazla atom yer değiştirebilir. Bu durum alaşımın vuruş ve çekme dayanımını artırır. Düşük karbonlu çelikler ferrit fazında ise, malzemenin sünekliğinde hiçbir azalma olmaksızın dayanımı artar. Süneklikte kayıp olmadan dayanım ve toklukta iyileştirme imkânları vermesi alaşım elementlerinin, çeliklere ilavelerinin en önemli etkilerinden biridir.

Alaşım elementleri, demir-karbon termal denge diyagramında dönüşüm sıcaklıklarını da değiştirir. Elementlerin çoğu oda sıcaklığında östenit olduklarından, yüzey merkezli kübik kristalleri etkilemektedirler. Elementler birbiri içinde çözünerek, yüzey merkezli kafes yapısına sahip olurlar. Böylece alaşım elementleri YMK (gama) fazından, HMK (α-ferrit) fazına ters yönde dönüşüm yaparlar. Alaşım elementleri östeniti dengeleyip, mevcut sıcaklık aralığını arttıracaklardır. Bundan dolayı elementlerin çoğunda denge oluştuğundan, östenit karbid oluşturmak için mevcut karbon ile reaksiyona girmez. Karbon östenit içinde katı çözelti olarak kalmaya meyillidir. Bu durum A3 dönüşüm sıcaklığındaki baskıyı daha ileri seviyeye götürmeye yardım eder. Alaşımlarda yeterli miktarda alaşım elementleri mevcut olduğu takdirde, gama fazı oda sıcaklığında dengeli hale gelebilir.

Alaşımlı çeliklerin sınıflandırılması
Geniş aralıklarla üretilen alaşımlı çeliklerin en verimli şekilde sınıflandırılması; çeliklerin önce uygulama alanlarına göre, daha sonra ise alaşım elementlerinin özelliklerine göre alt gruplara ayrılması ile sağlanır.
1. Yapı çelikleri
a. Manganez çelikleri
b. Nikel çelikleri
c. Nikel-kromlu çelikler
d. Nikel-krom-molibden çelikleri
e. Nikel-krom-vanadyum çelikleri
f. Molibden çelikleri
g. Krom-Molibden çelikleri
h. Krom çelikleri
i. Silisyum çelikleri
2. Aşınmaya dirençli çelikler
a. Nikel çelikleri
b. Krom-molibden çelikleri
c. Paslanmaz çelikler
3. Isıya dirençli çelikler
4. Mıknatıs çelikleri
5. Kalıp çelikleri